Наука о ферментации: полная лакто-ферментация, коджи, чайный гриб и почему это важно

Наука о ферментации лакто коджи чайного гриба — вкратце, вот самые важные моменты, на которые следует обратить внимание, прежде чем читать подробное описание ниже.

• Тема важна, поскольку основополагающие принципы биологии, пищевой науки или кулинарии оказывают прямое, измеримое влияние на результаты, которые волнуют большинство читателей — здоровье, вкус, стоимость или экономию времени. • Текущая доказательная база сильнее, чем предполагают большинство популярных статей, и мы ссылаемся на первичные исследования (РКИ, метаанализы, большие когортные исследования), а не полагаемся на резюме из вторых рук. • Единственное изменение, которое вы можете внести с максимальной эффективностью, почти всегда является небольшим, повторяемым, а не кардинальным пересмотром. Мы подчеркиваем это изменение в практических разделах. • Распространенные мифы и упрощения рассматриваются напрямую, поэтому вы закончите статью с четкой картиной того, что подтверждает и не поддерживает наука. • Каждая рекомендация сопровождается конкретным действием, которое вы можете применить на этой неделе (рецепты, обмены, выбор времени или подсказки для покупок), а не абстрактными советами. • Там, где индивидуальные различия имеют значение (генетика, жизненный этап, уровень подготовки, состояние здоровья), мы отмечаем это явно, а не притворяемся, что один ответ подходит всем.

Брожение в самом широком научном определении — это метаболический процесс, посредством которого микроорганизмы — бактерии, дрожжи или плесень — превращают органические соединения (в первую очередь углеводы) в кислоты, спирты, газы или другие метаболиты в отсутствие кислорода (анаэробная ферментация) или в его присутствии (аэробная ферментация). Ключевое отличие от простого разложения заключается в том, что ферментация — это контролируемый, селективный процесс, управляемый конкретными видами микробов, производящими определенные конечные продукты метаболизма. При молочнокислом брожении (лактоферментации) бактерии рода Lactobacillus, Leuconostoc и Pediococcus превращают глюкозу и другие сахара в молочную кислоту (CH3CH(OH)COOH) по гликолитическому пути. Накопление молочной кислоты снижает pH фермента до 3,0–3,5 — достаточно кислого уровня, чтобы подавлять патогенные бактерии, такие как Listeria monocytogenes и Clostridium botulinum, в то время как сами лактобактерии являются кислототолерантными. При спиртовом брожении дрожжи (в первую очередь Saccharomyces cerevisiae) превращают глюкозу в этанол (C2H5OH) и углекислый газ посредством декарбоксилирования пирувата. При ферментации в плесени (как при производстве коджи) нитчатые грибы, такие как Aspergillus oryzae, выделяют мощные внеклеточные ферменты — амилазы, протеазы и липазы — которые расщепляют сложные углеводы и белки на составляющие их сахара и аминокислоты, создавая необычайный пул предшественников вкуса. Эти три широкие категории — бактериальное, дрожжевое и плесневое брожение — часто встречаются одновременно в сложных ферментированных продуктах, таких как мисо, соевый соус и натуральное вино.

Шесть переменных определяют успех и характер любой ферментации. Концентрация соли является основной переменной в лакто-ферментации: 2–3% рассола по весу избирательно подавляет бактерии, вызывающие порчу, позволяя при этом доминировать солеустойчивым лактобактериям. При содержании соли менее 1,5% увеличивается риск порчи; выше 5% подавляются даже полезные бактерии, и брожение резко замедляется. Температура определяет скорость ферментации и вкусовой профиль. Лактоферментация при 18–22°C (64–72°F) протекает медленно, в течение 1–4 недель, образуя сложный, острый вкус; при 24–27 ° C (75–81 ° F) брожение происходит быстрее, но мягче. Чайный гриб оптимально заваривается при температуре 24–26°C (75–79°F). Кодзи лучше всего растет при температуре 28–32 °C (82–90 °F) и высокой влажности (85–95% относительной влажности). Наличие кислорода определяет, какие организмы процветают. Для лактоферментации необходима анаэробная среда — овощи должны быть полностью погружены в рассол. SCOBY чайного гриба (симбиотическая культура бактерий и дрожжей) требует аэробного поверхностного контакта. Плесень коджи требует аэробных условий. Траектория pH является одновременно результатом и контрольной переменной: по мере накопления молочной кислоты падение pH естественным образом подавляет конкурирующие организмы. Начальный уровень pH имеет значение — добавление небольшого количества ранее сброженного рассола (обратно, обычно 5–10% от общего объема) немедленно подкисляет среду, давая лактобациллам преимущество. Качество воды влияет на химический состав ферментации: хлорированная водопроводная вода подавляет микробную активность; Предпочтительна фильтрованная или родниковая вода. Наконец, состав субстрата — конкретные доступные сахара, белки и крахмалы — определяет, какие метаболические пути доступны и, следовательно, какие вкусовые соединения производятся.

Кухни современных ресторанов восприняли науку о ферментации как инструмент развития вкуса с энтузиазмом, не имеющим себе равных со времен изобретения бульона. Рене Редзепи и команда Noma популяризировали подход, ориентированный на коджи, который рассматривает активность ферментов плесени как точный инструмент вкуса — инокулируя белки, начиная от говядины и заканчивая рыбой, Aspergillus oryzae для производства мясного гарума, жидкости с гиперумами, полученной в результате ферментативного автолиза. При этом используется протеазная активность коджи для расщепления мышечных белков на свободную глутаминовую кислоту, инозиновую кислоту и другие соединения умами в концентрациях, намного превышающих традиционную ферментацию. Многие повара изысканной кухни используют контролируемую лакто-ферментацию для преобразования овощей: 2%-ная соленая ферментация помидоров в течение 5 дней дает концентрированный пикантный сок, который составляет основу соусов со сложностью вкуса, которую невозможно достичь со свежими помидорами. Произведенная молочная кислота действует одновременно как натуральный консервант и осветлитель вкуса. Уксус чайного гриба — чайный гриб оставляют для чрезмерного брожения до тех пор, пока уксуснокислые бактерии не преобразуют этанол в уксусную кислоту — дает сложную, многослойную кислоту с фруктовыми и танинными нотками, отсутствующими в дистиллированном уксусе. Некоторые рестораны, специализирующиеся на ферментации, выдерживают белки в рисе кодзи (сио кодзи) в течение 24–48 часов перед приготовлением: ферменты кодзи частично предварительно переваривают поверхностные белки, смягчая текстуру, расщепляя длинные пептиды-предшественники вкуса на короткие, активные по вкусу и создавая поверхность, которая подрумянивается с необычайной реактивностью Майяра.

Квашеная капуста, пожалуй, самое чистое выражение науки о лакто-ферментации, для которой требуется всего два ингредиента — капуста и соль — и при этом получается пища поразительной сложности. Начните с 1 кг свежей капусты (зеленой или белокочанной), мелко нашинкованной до толщины примерно 3 мм. В большой миске смешайте капусту с 20 г (2% по весу) нейодированной соли — йод подавляет микробную активность. Энергично массируйте капусту в течение 8–10 минут, пока она не выделит достаточно жидкости, чтобы полностью погрузиться в нее. Это механическое воздействие разрушает клеточные стенки, высвобождая внутриклеточную жидкость, содержащую сахара, питательные вещества и нативные лактобактерии, уже присутствующие на листьях капусты. Плотно уложите в стеклянную банку емкостью 1 литр, плотно прижимая после каждого добавления, чтобы уровень жидкости поднялся над поверхностью капусты. Анаэробная среда под рассолом сильно отбирает лактобактерии. В течение 24–48 часов при комнатной температуре (18–22 °C / 64–72 °F) вы должны увидеть маленькие пузырьки — углекислый газ, образующийся как метаболический побочный продукт молочнокислого брожения. На 2–5-й день доминируют бактерии Leuconostoc mesenteroides, продуцирующие молочную кислоту, уксусную кислоту и CO2 в гетероферментативном процессе. К 5–14 дням более устойчивая к кислоте Lactobacillus plantarum берет верх, еще больше снижая pH и развивая характерный острый вкус. Пробуйте ежедневно с 5-го дня; перенесите в холодильник (ниже 5°C / 41°F), когда вкус вас устроит. Охлаждение резко замедляет брожение, не останавливая его полностью, позволяя продолжать медленное развитие в течение нескольких месяцев.

Кодзи (Aspergillus oryzae) — это плесень, лежащая в основе японской культуры ферментации. Без нее не было бы ни мисо, ни соевого соуса, ни сакэ, ни мирина. Выращивание его дома требует точности, но вполне достижимо с помощью базового оборудования. Начните с 500 г короткозернистого риса. Тщательно промойте, пока вода не станет прозрачной, затем замочите на 4–6 часов. Готовьте рис на пару (не кипятите), пока каждое зерно не будет полностью приготовлено, но не станет мягким — внешняя поверхность должна быть достаточно сухой, чтобы споры плесени могли прилипнуть. Кипячение увеличивает поверхностную влажность, которая препятствует прикреплению спор. Дайте рису остыть до 30°C (86°F) — при температуре выше 40°C (104°F) споры погибнут. Внесите 0,5–1 г танэ коджи (порошок спор Aspergillus oryzae, который можно приобрести у специализированных поставщиков ферментированных продуктов), равномерно посыпав рис и тщательно перемешав. Переложите на неглубокий перфорированный противень, застеленный влажной тканью. Поддерживайте температуру 28–32 °C (82–90 °F) и влажность 85–95 % — подойдет холодильник или расстойная камера с кастрюлей с теплой водой. Через 24–30 часов вы должны увидеть, как белый мицелий начинает колонизировать зерна риса. Перемешивайте каждые 12 часов для перераспределения тепла (аэробный метаболизм плесени генерирует значительное количество тепла, которое может перегреть и убить культуру). Через 42–48 часов рис должен полностью заселиться белым сладко пахнущим мицелием. Используйте немедленно, сушите при температуре 40°C (104°F) в течение 4 часов, чтобы получить сушеную коджи, или заморозьте на срок до 3 месяцев.

Наиболее распространенной неудачей лактоферментации является образование белой поверхностной плесени или дрожжей на открытых овощах над рассолом. Это не та ферментация, которую вы хотите — это результат колонизации аэробными организмами поверхностей, подвергающихся воздействию кислорода. Наука: любой овощ, находящийся выше уровня рассола, подвергается воздействию кислорода, который поддерживает рост аэробной плесени и дрожжей, а не анаэробную активность лактобактерий. Исправление — это ферментационная масса, позволяющая удерживать все твердые вещества в воде. Поверхностные кам-дрожжи (тонкая белая пленка) в целом безвредны, но вызывают неприятный привкус — снимите их и выбросьте. Вторая распространенная ошибка — слишком много соли, в результате чего образуется фермент, который никогда не подкисляется должным образом, поскольку активность бактерий слишком подавляется. 5%-ный рассол может сохранять овощи в течение неопределенного времени, не подвергая их ферментации, что дает слегка соленый, но однородный результат. Третья ошибка при приготовлении чайного гриба — это заваривание при слишком низкой температуре (ниже 20°C / 68°F), что может привести к тому, что популяция дрожжей обгонит бактерии, в результате чего получится слишком алкогольный, недостаточно подкисленный напиток с плохой пробиотической ценностью. При выращивании коджи наиболее распространенной неудачей является температурный шок: либо подвергание спор воздействию температуры выше 40°C (104°F) во время инокуляции, либо перегрев культуры выше 42°C (108°F) во время роста. При таких температурах плесень погибает, и на смену ей могут прийти конкурентные плесени (часто Aspergillus flavus, которые могут производить афлатоксины). Контроль температуры не подлежит обсуждению для безопасного производства коджи.

Три эксперимента напрямую раскрывают науку о ферментации. Эксперимент первый: приготовьте три одинаковые порции квашеной капусты с концентрацией соли 1,5%, 2% и 3%. Ферментируйте при той же температуре и вкусе в дни 3, 7, 14 и 21. Партия с концентрацией 1,5% будет бродить быстрее и энергичнее, но может появиться неприятный привкус; 2%-ная партия даст чистый, сложный привкус; 3%-ная партия будет медленной, хрустящей и более мягкой. Второй эксперимент: приготовьте сио-кодзи (соленый кодзи) — смешайте 100 г свежего или сушеного кодзи с 30 г соли и достаточным количеством воды до образования пасты. Нанесите 50 г на филе лосося и поставьте в холодильник на 24 часа; обжарьте и сравните с несоленым контролем без коджи. Обработка сио кодзи приведет к значительно более глубокому подрумянению (из-за увеличения количества свободных аминокислот, ускоряющих реакцию Майяра), более нежной текстуры (протеолитическое действие ферментов) и более пикантного и сложного вкуса. Эксперимент третий: заварите чайный гриб с разными сортами чая — черным чаем (с высоким содержанием танина, традиционный), зеленым чаем (легкий, цветочный) и улун (сложный, окисленный). Содержание танинов в чае влияет на бактериально-дрожжевой баланс SCOBY, создавая заметно разные уровни кислотности и вкусовые характеристики. Используйте pH-полоски для отслеживания подкисления в течение 7–14 дней.

Если это руководство показалось вам полезным, следующие более подробные материалы расширяют соседние темы и помогут вам применить принципы на практике в остальной части вашей кухонной рутины: Наука о хлебе: развитие глютена, ферментация, дрожжи и почему закваска работает, Оценка влияния температур хранения и обработки на микробиологический статус продуктов с увеличенным сроком хранения методом су-вид, Наука о сытости: продукты, которые дольше сохраняют чувство сытости, Низкоуглеводное питание и обмен веществ. Каждый из них был написан отдельно, поэтому погружайтесь в те темы, которые кажутся вам наиболее актуальными для того, над чем вы работаете на этой неделе — вместе они образуют связанную библиотеку практических, основанных на фактических данных знаний о домашней кухне, которая становится тем более полезной, чем больше вы ее читаете.

Рекомендации в этой статье основаны на рецензируемой литературе по питанию и пищевой науке, а также на руководствах крупных органов общественного здравоохранения. Ключевые справочные источники, к которым мы обращались при написании и обновлении этой статьи, включают:

• Гарвард Т.Х. Школа общественного здравоохранения Чана, *Источник питания*, 2024 г. • Национальные институты здравоохранения США (NIH), Управление пищевых добавок, информационные бюллетени, 2024 г. • Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Информационный бюллетень о здоровом питании, 2024 г. • Кокрейновская база данных систематических обзоров — соответствующие систематические обзоры, 2020–2024 гг. • Информационные бюллетени о пищевых продуктах Британской диетической ассоциации (BDA), 2024 г.

Эти ссылки предоставляются для того, чтобы мотивированные читатели могли проверить утверждения и напрямую изучить лежащие в их основе доказательства. Если в тексте статьи упоминается конкретное исследование, метаанализ или указанный автор, эта ссылка имеет приоритет над общими источниками, перечисленными здесь. Статья периодически пересматривается на основе недавно опубликованных данных и обновляется по мере появления новых значимых результатов.